Ndotja e hidrosferës me metale të rënda. Ndotja e ujit me naftë dhe produkte të naftës Zgjidhja e problemit të ndotjes së ujit me metale të rënda

METALET E RËNDA NË MONITORIMIN EKOLOGJIK TË SISTEMEVE TË UJIT

METALET E RËNDA NË MONITORIMIN EKOLOGJIK TË SISTEMEVE TË UJIT

H. S. BUDNIKOV

Disa aspekte të ndotjes së mjedisit, veçanërisht ai i ujërave sipërfaqësore nga metalet e rënda, diskutohen në nivel ndërdisiplinor. Vihet re një rol i dyfishtë biologjik i metaleve si përbërës jetësor dhe si toksikan. Puna analitike është e nevojshme për vlerësimin e rregullt të gjendjes mjedisore.

G.K Budnikov
Universiteti Shtetëror Kazan

Ndër ndotësit e biosferës që janë me interes më të madh për shërbime të ndryshme të kontrollit të cilësisë, metalet (kryesisht të rënda, domethënë që kanë një peshë atomike më shumë se 40) janë ndër më të rëndësishmit. Kjo është kryesisht për shkak të aktivitetit biologjik të shumë prej tyre. Efekti fiziologjik i metaleve në trupin e njeriut dhe kafshët është i ndryshëm dhe varet nga natyra e metalit, lloji i përbërjes në të cilën ai ekziston në mjedisin natyror, si dhe përqendrimi i tij. Shumë metale të rënda shfaqin veti komplekse të theksuara. Kështu, në mjediset ujore, jonet e këtyre metaleve janë të hidratuar dhe janë të afta të formojnë komplekse të ndryshme hidrokso, përbërja e të cilave varet nga aciditeti i tretësirës. Nëse ndonjë anion ose molekulë e përbërjeve organike është e pranishme në tretësirë, atëherë jonet e këtyre metaleve formojnë komplekse të ndryshme me struktura dhe qëndrueshmëri të ndryshme. Ndër metalet e rënda, disa janë jashtëzakonisht të nevojshme për mbështetjen e jetës së njerëzve dhe organizmave të tjerë të gjallë dhe i përkasin të ashtuquajturve elementë biogjenikë. Të tjerët shkaktojnë efektin e kundërt dhe, kur hyjnë në një organizëm të gjallë, çojnë në helmimin ose vdekjen e tij. Këto metale i përkasin klasës së ksenobiotikëve, domethënë të huaj për gjallesat. Specialistët e mbrojtjes së mjedisit kanë identifikuar një grup prioritar midis metaleve toksike. Ai përfshin kadmium, bakër, arsenik, nikel, merkur, plumb, zink dhe krom si më të rrezikshmit për shëndetin e njerëzve dhe kafshëve. Nga këto, mërkuri, plumbi dhe kadmiumi janë më helmuesit. Burimet e mundshme të ndotjes së biosferës me metale të rënda përfshijnë ndërmarrjet e metalurgjisë me ngjyra dhe me ngjyra (emetimet e aerosolit që ndotin atmosferën, rrjedhjet industriale që ndotin ujërat sipërfaqësore), inxhinierinë mekanike (banjot e veshjes së bakrit, nikelimin, kromimin, plating kadmium), impiantet e përpunimit të baterive dhe transportin e automobilave.

Përveç burimeve antropogjene të ndotjes së mjedisit me metale të rënda, ka edhe burime të tjera natyrore, si shpërthimet vullkanike: kadmiumi u zbulua relativisht kohët e fundit në produktet e shpërthimit të malit Etna në ishullin e Siçilisë në Detin Mesdhe. Rritja e përqendrimeve të metaleve toksike në ujërat sipërfaqësore të disa liqeneve mund të ndodhë si rezultat i shiut acid, i cili çon në shpërbërjen e mineraleve dhe shkëmbinjve të larë nga këto liqene. Të gjitha këto burime të ndotjes shkaktojnë një rritje të përmbajtjes së ndotësve metalikë në biosferë ose në përbërësit e saj (ajër, ujë, tokë, organizma të gjallë) në krahasim me nivelin natyror, të ashtuquajturin sfond. Megjithëse, siç u përmend më lart, hyrja e metaleve toksike mund të ndodhë edhe përmes transferimit të aerosolit, ato kryesisht depërtojnë në një organizëm të gjallë përmes ujit. Me hyrjen në trup, metalet toksike më shpesh nuk i nënshtrohen ndonjë transformimi domethënës, siç ndodh me toksikanët organikë dhe, pasi kanë hyrë në ciklin biokimik, ata e lënë atë jashtëzakonisht ngadalë.

Për monitorimin e cilësisë së ujërave sipërfaqësore janë krijuar shërbime të ndryshme vëzhgimi hidrobiologjik. Ata monitorojnë gjendjen e ndotjes së ekosistemeve ujore nën ndikimin e ndikimit antropogjen. Meqenëse një ekosistem i tillë përfshin si vetë mjedisin (ujin) ashtu edhe komponentët e tjerë (sedimentet e poshtme dhe organizmat e gjallë - hidrobiontet), informacioni mbi shpërndarjen e metaleve të rënda midis përbërësve individualë të ekosistemit është shumë i rëndësishëm. Të dhëna të besueshme në këtë rast mund të merren duke përdorur metoda moderne të kimisë analitike, të cilat bëjnë të mundur përcaktimin e përmbajtjes së metaleve të rënda në nivelin e përqendrimeve të sfondit.

Duhet të theksohet se përparimet në zhvillimin e metodave të analizës kanë bërë të mundur zgjidhjen e problemeve të tilla globale si identifikimi i burimeve kryesore
ndotja e biosferës, duke vendosur dinamikën e ndotjes dhe transformimin e ndotësve, transferimin dhe migrimin e tyre. Në të njëjtën kohë, metalet e rënda u klasifikuan si një nga objektet më të rëndësishme të analizës. Meqenëse përmbajtja e tyre në materiale natyrore mund të ndryshojë shumë, metodat për përcaktimin e tyre duhet të ofrojnë një zgjidhje për problemin. Si rezultat i përpjekjeve të shkencëtarëve analitikë në shumë vende, janë zhvilluar metoda që bëjnë të mundur përcaktimin e metaleve të rënda në nivelin femtogram (10 - 15 g) ose në prani të një atomi (!) në vëllimin e mostrës së analizuar. , për shembull, nikeli në një qelizë të gjallë. Jo vetëm kimistët analitikë, biologët dhe ekologët (aktivitetet e tyre tradicionalisht janë të lidhura me këtë problem) po shfaqin interes profesional për problemin kompleks dhe të shumëanshëm që përfaqëson ndotja kimike e mjedisit me metale të rënda dhe që mbulon disiplina të ndryshme dhe tashmë është bërë një ndërdisiplinor i pavarur. fushën e njohurive, por edhe mjekët. Në rrjedhën e informacioneve shkencore dhe shkencore popullore, si dhe në media, po shfaqen gjithnjë e më shumë materiale për ndikimin e metaleve të rënda në shëndetin e njeriut. Kështu, në Shtetet e Bashkuara, vëmendje iu kushtua manifestimit të agresivitetit tek fëmijët për shkak të përmbajtjes së shtuar të plumbit në trupin e tyre. Në rajone të tjera të planetit, rritja e numrit të krimeve dhe vetëvrasjeve shoqërohet edhe me një rritje të përmbajtjes së këtyre substancave toksike në mjedis. Është me interes të diskutohen disa aspekte kimike dhe ekologjiko-kimike të problemit të shpërndarjes së metaleve të rënda në mjedis, veçanërisht në ujërat sipërfaqësore.

Për një kohë të gjatë, ekzistonte një besim i fortë se funksione të rëndësishme biologjike kryhen vetëm nga natriumi, kaliumi, magnezi, hekuri dhe kalciumi, të cilët së bashku sigurojnë pothuajse 99% të të gjitha atomeve metalike në trupin e njeriut dhe (përveç hekurit) gjithashtu i përkasin te grupi i makroelementeve. Atomet e hidratuara të katër prej këtyre metaleve, domethënë natriumi, kaliumi, magnezi dhe kalciumi, janë të përfshirë në proceset e osmozës dhe transmetimit të sinjaleve nervore, si dhe përcaktojnë forcën e indit kockor skeletor. Hekuri është pjesë e molekulës së hemoglobinës - proteina më e rëndësishme e përfshirë në lidhjen e oksigjenit atmosferik dhe transferimin e tij në qelizat e organeve dhe indeve, domethënë gjatë procesit të frymëmarrjes. Interesi për funksionet e elementeve të tranzicionit, të cilët (përfshirë hekurin) klasifikohen si metale të rënda dhe gjenden në sasi të vogla në trup, është shfaqur relativisht kohët e fundit. Një degë e re e shkencës është shfaqur - kimia bioiorganike, e cila studion strukturën, vetitë dhe reaksionet e përbërjeve të elementeve biogjene in vivo. Për shkak të përmbajtjes së tyre të ulët në trupin e gjallë, ata filluan të quhen mikroelemente.

Rëndësia e mikroelementeve në zbatimin e funksioneve jetësore të njeriut është vërtetuar tashmë për shumë elementë (mangan, zink, molibden, fluor, jod dhe selen), dhe për të tjerët (krom, nikel, vanadium, kallaj, arsenik, silikon) është e mundshme. Kriteri kryesor me të cilin makroelementët dallohen nga mikroelementet është nevoja e trupit për elementin, e përcaktuar në mg/kg peshë në ditë. Të gjithë këta mikroelementë funksionojnë në trup ose në formën e joneve të hidratuar ose, si hekuri, në formën e përbërjeve koordinuese.

Dihet gjithashtu se trupi i njeriut përmban shumicën e metaleve jo në tranzicion, dhe në sasi gjurmë, për shembull: merkur nga mbushjet dentare, plumb, antimoni dhe arsenik nga boja e shtypjes në gazeta dhe libra, bakër, kallaj, mangan dhe alumin nga kuzhina. veglat. Sidoqoftë, para së gjithash, nuk do të konsiderohen këto metale, por ato vitale, domethënë ato biogjene. Në trupin e njeriut dhe kafshët, në procesin e jetës, ndodhin shumë reaksione kimike enzimatike, të shoqëruara nga këputja e lidhjeve shumë të forta, domethënë ato që mund të kryhen vetëm në mjedise laboratorike në kushte të vështira, për shembull, në kushte të larta. presioni ose temperatura.

Megjithëse një molekulë e një enzime që përmban metal mund t'i rezistojë mijëra cikleve katalitike, proceset metabolike që ndodhin në një organizëm të gjallë mund të çojnë në shkatërrimin e disa enzimave dhe largimin e një sasie përkatëse të metaleve nga trupi. Prandaj, ka nevojë për të kompensuar këto humbje, pasi mungesa e mikroelementeve do të çojë në ndërprerje të funksioneve jetësore të trupit, gjë që mund të rezultojë në sëmundje të ndryshme. Sasia e mikroelementeve të futura mund të rregullohet me dietë, dhe nëse është e nevojshme, për shembull, për të parandaluar sëmundjet, duke marrë medikamente speciale, të prodhuara zakonisht në formën e aditivëve ushqimorë. Si shembull, mund të citojmë komplekse të njohura të vitaminave dhe mikroelementeve të përdorura në ushqimin e atletëve dhe grupeve profesionale që punojnë në kushte ekstreme mjedisore.

Duhet të theksohet se forca e lidhjeve kimike të proteinave dhe përbërësve të tjerë biologjikisht të rëndësishëm të gjakut me jonet e çdo metali është e mjaftueshme për një pjesë të konsiderueshme të kohës që metali mbetet në trup në formën e një kompleksi me proteina, amino acide dhe komponime të tjera biologjikisht aktive. Prandaj, nëse metalet e tepërta hyjnë në trup, kjo e fundit mund të shkaktojë prishje të funksioneve të tij, helmim ose vdekje. Shkalla e një efekti të tillë varet jo vetëm nga përqendrimi që tejkalon një nivel të caktuar, por edhe nga natyra e metalit, kryesisht aftësia e tij kompleksuese. Kështu, nëse aftësia komplekse e një metali toksik është mjaft e lartë, atëherë ai mund të zhvendosë katalizatorin metalik biogjen nga qendra aktive si rezultat i ndërveprimit konkurrues ose të lidhë me vete shumicën dërrmuese të përbërjeve biologjikisht aktive të përdorura për sintezën e një ose një tjetër enzimë vitale.

Duhet të theksohet gjithashtu se vetëm elementët biogjenikë të disponueshëm që përmbahen në produktet ushqimore në formën e kripërave të acideve organike dhe përbërjeve të tjera kimike të tretshme, më së shpeshti ato komplekse, kanë vlerë biologjike. Literatura kushtuar vlerësimit të cilësisë së produkteve ushqimore jep informacion mbi përmbajtjen e disa mikroelementeve në fruta, perime, mish, qumësht, etj.

Konceptet e makro dhe mikroelementeve nuk dallohen gjithmonë qartë nëse kjo ndarje zbatohet për grupe të ndryshme organizmash. Për shembull, për bimët grupi i mikroelementeve jetik është qartësisht i ndryshëm nga ai për kafshët më të larta. Megjithatë, bimët kërkojnë edhe një nivel të caktuar të mikroelementeve në tokë, gjë që zakonisht arrihet me aplikimin e të ashtuquajturve mikrofertilizues, të cilët në thelb janë një grup mikroelementësh biogjenë: zink, vanadium, molibden, bakër, kobalt, hekur, mangan.

Treguesi më i rëndësishëm i cilësisë së habitatit është shkalla e pastërtisë së ujërave sipërfaqësore. Një metal toksik, një herë në një rezervuar ose lumë, shpërndahet midis përbërësve të këtij ekosistemi ujor. Megjithatë, jo çdo sasi metali shkakton përçarje të këtij sistemi. Kur vlerësohet aftësia e një ekosistemi për t'i rezistuar efekteve toksike të jashtme, është e zakonshme të flitet për kapacitetin tampon të ekosistemit. Kështu, kapaciteti buferik i ekosistemeve të ujërave të ëmbla në raport me metalet e rënda kuptohet si një sasi e tillë e një metali toksik, furnizimi i të cilit nuk prish ndjeshëm funksionimin natyror të të gjithë ekosistemit në studim. Në këtë rast, vetë metali toksik shpërndahet në përbërësit e mëposhtëm: 1) metali në formë të tretur; 2) thithur dhe grumbulluar nga fitoplanktoni, domethënë mikroorganizmat bimorë; 3) të mbajtura nga sedimentet e poshtme si rezultat i sedimentimit të grimcave organike dhe minerale të pezulluara nga mjedisi ujor; 4) absorbohet në sipërfaqen e sedimenteve të poshtme direkt nga mjedisi ujor në formë të tretshme; 5) të vendosura në formë të absorbuar mbi grimcat e pezulluara. Në Fig. Figura 1 tregon në mënyrë skematike shpërndarjen e metaleve toksike (M) në ekosistemin ujor.

Format e shfaqjes së metaleve në ujëra ndikohen nga hidrobiontet (për shembull, molusqet). Kështu, gjatë studimit të sjelljes së bakrit në ujërat sipërfaqësore, vërehen luhatje sezonale në përqendrimin e tij: në dimër ato janë maksimale, dhe në verë ato ulen për shkak të rritjes aktive të biomasës. Kur grimcat organike të pezulluara, të cilat kanë aftësinë për të thithur jonet e bakrit, vendosen, këto të fundit kalojnë në sedimentet e poshtme, gjë që çon në efektin e vëzhguar. Duhet të theksohet gjithashtu se intensiteti i këtij procesi varet nga shkalla e sedimentimit të pezullimeve, domethënë në mënyrë indirekte nga faktorë të tillë si madhësia dhe ngarkesa e grimcave që thithin jonet e bakrit.

Përveç akumulimit të metaleve për shkak të adsorbimit dhe sedimentimit të mëvonshëm, në ujërat sipërfaqësore ndodhin procese të tjera që pasqyrojnë rezistencën e ekosistemeve ndaj efekteve toksike të këtyre ndotësve. Më e rëndësishmja prej tyre është lidhja e joneve metalike në mjedisin ujor nga substanca organike të tretura. Në këtë rast, përqendrimi total i substancave toksike në ujë nuk ndryshon. Sidoqoftë, përgjithësisht pranohet se jonet e metaleve të hidratuara janë më toksikët, ndërsa ato të lidhura në komplekse janë më pak të rrezikshëm ose pothuajse të padëmshëm. Studimet speciale kanë treguar se nuk ka një lidhje të qartë midis përqendrimit total të një metali toksik në ujërat sipërfaqësore natyrore dhe toksicitetit të tyre.

Ujërat sipërfaqësore natyrore përmbajnë shumë substanca organike, 80% e të cilave janë polimerë shumë të oksiduar, si substanca humike që depërtojnë në ujë nga toka. Pjesa tjetër e substancave organike të tretshme në ujë janë produkte të mbeturinave të organizmave (polipeptide, polisaharide, acide yndyrore dhe aminoacide) ose papastërti me origjinë antropogjene të ngjashme në vetitë kimike. Të gjithë ata, natyrisht, pësojnë transformime të ndryshme në mjedisin ujor. Por në të njëjtën kohë, ata janë të gjithë një lloj reagentësh që formojnë komplekse që lidhin jonet metalike në komplekse dhe në këtë mënyrë zvogëlojnë toksicitetin e ujit.

Ujëra të ndryshëm sipërfaqësor lidhin jonet metalike toksike në mënyra të ndryshme, duke shfaqur kapacitete të ndryshme tampon. Ujërat e liqeneve, lumenjve dhe rezervuarëve jugorë, të cilët kanë një grup të madh përbërësish natyrorë (substanca humike, acide humike dhe acide fulvic) dhe përqendrimet e tyre të larta, janë të afta për detoksifikimin natyror më efektiv në krahasim me ujërat e rezervuarëve në veri. dhe zona e butë. Kështu, duke qenë të barabarta, toksiciteti i ujërave që përmbajnë ndotës varet edhe nga kushtet klimatike të zonës natyrore. Duhet theksuar se është përcaktuar kapaciteti buferik i ujërave sipërfaqësore në raport me metalet toksike

Mënyrat në të cilat metalet toksike M hyjnë në ekosistemet ujore dhe format e shfaqjes së tyre nuk janë vetëm prania e lëndës organike të tretur dhe lëndës pezull, por edhe aftësia akumuluese e hidrobionteve, si dhe kinetika e përthithjes së joneve metalike nga të gjithë përbërësit. të ekosistemit, duke përfshirë formimin kompleks me substanca organike të tretura. E gjithë kjo tregon kompleksitetin e proceseve që ndodhin në ujërat sipërfaqësore kur ndotësit metalikë hyjnë në to. Në Fig. Figura 2 tregon një diagram të shpërndarjes së metaleve toksike në ujërat sipërfaqësore natyrore, duke pasqyruar në terma të përgjithshëm proceset kimike dhe fiziko-kimike të lidhjes së tyre në forma të ndryshme. Është interesante të theksohet se acidet humike, këto komponime specifike natyrore me molekulare të lartë të formuara gjatë transformimit të mbetjeve bimore në tokë nën ndikimin e mikroorganizmave, me sa duket janë të afta të lidhin jonet e metaleve të rënda në komplekse të qëndrueshme në masën më të madhe. Kështu, konstantet e qëndrueshmërisë së humateve përkatëse (komplekset e joneve të metaleve të rënda me acide humike) kanë vlera në intervalin 10 5-10 12 në varësi të natyrës së metalit. Stabiliteti i humateve varet nga aciditeti i mjedisit ujor.

Megjithëse aspekti kimiko-analitik i problemit të përcaktimit të formave të ekzistencës së metaleve në ujërat natyrore u formulua rreth 20 vjet më parë, vetëm me ardhjen e metodave më të fundit të analizës ky problem u bë i arritshëm për zgjidhje. Më parë, u përcaktua vetëm përmbajtja bruto e metaleve të rënda në ujë dhe u vendos shpërndarja midis formave të pezulluara dhe të tretura. Cilësia e ujit të kontaminuar me metale u vlerësua në bazë të një krahasimi të të dhënave për përmbajtjen bruto të tyre me vlerat e MPC. Tani një vlerësim i tillë konsiderohet i paplotë dhe i pabazuar, pasi efekti biologjik i një metali përcaktohet nga gjendja e tij në ujëra, dhe këto janë, si rregull, komplekse me përbërës të ndryshëm (Fig. 2). Siç u përmend më lart, në disa raste, për shembull, kur kompleksohen me komponime organike me origjinë natyrore, këto komplekse nuk janë vetëm toksike të ulëta, por shpesh kanë një efekt stimulues në zhvillimin e organizmave ujorë, pasi në këtë rast ato bëhen biologjikisht të disponueshme. ndaj organizmave.

Gjatë zhvillimit të MPC-ve ekzistuese, proceset e kompleksimit nuk u morën parasysh dhe ndikimi i kripërave inorganike të metaleve të rënda në organizmat e gjallë u vlerësua në solucione të pastra ujore në mungesë të substancave organike të tretura me origjinë natyrore. Në mënyrë të rreptë, një vlerësim i tillë është i vështirë dhe ndonjëherë i pamundur.

Pra, toksiciteti i ujit kur ndotet me metale të rënda përcaktohet kryesisht nga përqendrimi i joneve të ujit të metaleve ose i komplekseve të thjeshta me jone inorganike. Prania e substancave të tjera komplekse, dhe kryesisht organike, redukton toksicitetin. Dukuria e lartpërmendur e grumbullimit të substancave toksike në sedimentet e poshtme mund të shkaktojë toksicitet dytësor të ujërave. Në të vërtetë, edhe nëse burimi i ndotjes eliminohet dhe, siç thonë ata, "uji është normal", migrimi i kundërt i metalit nga sedimentet e poshtme në ujë bëhet i mundur në të ardhmen. Prandaj, parashikimi i gjendjes së sistemeve ujore duhet të bazohet në të dhënat nga analiza e të gjithë përbërësve të tyre, të kryera në intervale të caktuara.

Një rast kurioz ishte zbulimi i depozitave të kinabarit (sulfidi i merkurit) në një nga rajonet e Karpateve. Për gjeologët, ky zbulim erdhi si befasi. Doli se në mesjetë, në fshatrat e vendosura në malet në rrjedhën e sipërme të lumit, merkuri përdorej sistematikisht për të trajtuar disa sëmundje. Me kalimin e viteve, lumi e mblodhi këtë metal, e çoi në rrjedhën e poshtme dhe e grumbulloi në një nga kurthet natyrore në formën e sedimenteve të poshtme. Transformimi i tij i mëtejshëm u arrit përfundimisht nga cinnabar. Ky shembull tregon se në natyrë ka një lëvizje të vazhdueshme, migrim dhe akumulim të substancave toksike me origjinë antropogjene, ndërsa ato i nënshtrohen edhe shndërrimit kimik në forma më të qëndrueshme.

Nga lista e ndotësve kryesorë të metaleve, ne e konsiderojmë merkurin, plumbin dhe kadmiumin si rrezikun më të madh për shëndetin e njerëzve dhe kafshëve.

Mërkuri.

Në mjedis, komponimet e merkurit me shkallë të ndryshme të oksidimit të metaleve, domethënë Hg (0), Hg (I), Hg (II), mund të reagojnë me njëri-tjetrin. Rreziku më i madh është nga komponimet organike, kryesisht alkil.

Format e ekzistencës së metaleve në ujërat sipërfaqësore

Toksiciteti i reduktuar (deri në 97%) - ujërat sipërfaqësore të oqeaneve. Rreth gjysma e të gjithë merkurit hyn në mjedisin natyror për shkaqe të krijuara nga njeriu.

Aciditeti i mjedisit dhe potenciali i tij oksidues ndikojnë në praninë e një ose një forme tjetër të merkurit në mjedisin ujor. Kështu, në rezervuarët e ajrosur mirë, mbizotërojnë përbërjet Hg(II). Jonet e merkurit lidhen lehtësisht në komplekse të qëndrueshme me substanca të ndryshme organike që gjenden në ujëra dhe veprojnë si ligandë. Komplekse veçanërisht të forta formohen me komponime që përmbajnë squfur. Merkuri absorbohet lehtësisht në grimcat e pezulluara të ujit. Në këtë rast, i ashtuquajturi faktor i përqendrimit ndonjëherë arrin 10 5, domethënë, njëqind mijë herë më shumë merkur përqendrohet në këto grimca sesa është në ekuilibër në mjedisin ujor. Nga kjo rrjedh se fati i metalit do të përcaktohet nga thithja nga grimcat e pezulluara të ndjekura nga sedimentimi, domethënë do të ndodhë në thelb largimi i merkurit nga sistemi ujor, siç është përshkruar tashmë në shembullin e formimit të depozitave të kinabarit në rajoni i Karpateve. Duhet të theksohet se desorbimi i merkurit nga sedimentet e poshtme ndodh ngadalë, kështu që rindotja e ujërave sipërfaqësore pas identifikimit dhe eliminimit të burimit të ndotjes ka frenuar edhe kinetikën. Në mjediset ujore, merkuri formon komponime organometrike të tipit R–Hg–X dhe R–Hg–R, ku R është një radikal metil ose etil. Nga burimet antropogjene, merkuri hyn në sistemet ujore në formën e merkurit kryesisht metalik, joneve Hg(II) dhe acetatit fenilmerkurik. Forma mbizotëruese e merkurit që gjendet tek peshqit është metilmerkuri, i cili formohet biologjikisht nga enzimat e mikroorganizmave. Në ujërat sipërfaqësore të pandotura, përmbajtja e merkurit varion nga 0,2–0,1 μg/l, në ujërat e detit është tre herë më pak. Bimët ujore thithin merkurin. Përbërjet organike R–Hg–R" gjenden në përqendrime më të larta në planktonin e ujërave të ëmbla sesa në planktonin e detit. Përbërjet organike të merkurit ekskretohen nga trupi më ngadalë se ato inorganike. Standardi ekzistues për përmbajtjen maksimale të këtij toksiku (0,5 μg/kg ) përdoret për kontrollin e cilësisë së produkteve ushqimore. Supozohet se merkuri është i pranishëm në formën e përbërjeve të metiluara, nëse ato hyjnë në trupin e njeriut, mund të shfaqet sëmundja Minimata.

Plumbi.

Gjysma e sasisë totale të këtij substanca toksike hyn në mjedis si rezultat i djegies së benzinës me plumb. Në sistemet ujore, plumbi shoqërohet kryesisht nga adsorbimi me grimca të pezulluara ose është në formën e komplekseve të tretshme me acide humike. Kur biometilohet, si me merkurin, plumbi përfundimisht formon plumbin tetrametil. Në ujërat sipërfaqësore të pandotura të tokës, përmbajtja e plumbit zakonisht nuk kalon 3 µg/l. Lumenjtë në rajonet industriale kanë nivele më të larta plumbi. Bora mund ta grumbullojë këtë toksik në një masë të konsiderueshme: në afërsi të qyteteve të mëdha përmbajtja e saj mund të arrijë pothuajse 1 milion μg / l, dhe në një distancë prej tyre ~ 1-100 μg / l.

Bimët ujore grumbullojnë mirë plumbin, por në mënyra të ndryshme. Ndonjëherë fitoplanktoni e ruan atë me një faktor përqendrimi deri në 10 5, si merkuri. Plumbi grumbullohet pak te peshqit, kështu që është relativisht më pak i rrezikshëm për njerëzit në këtë hallkë të zinxhirit trofik. Komponimet e metiluara gjenden relativisht rrallë tek peshqit në kushte normale të ujit. Në rajonet me emetime industriale, akumulimi i plumbit tetrametil në indet e peshkut ndodh në mënyrë efikase dhe të shpejtë - ekspozimi akut dhe kronik ndaj plumbit ndodh në një nivel ndotjeje prej 0,1-0,5 μg/l. Në trupin e njeriut, plumbi mund të grumbullohet në skelet, duke zëvendësuar kalciumin.

Kadmium.

Vetitë kimike të këtij metali janë të ngjashme me zinkun. Mund të zëvendësojë këtë të fundit në qendrat aktive të enzimave që përmbajnë metal, duke çuar në një ndërprerje të mprehtë në funksionimin e proceseve enzimatike. Në depozitat xeherore, kadmiumi zakonisht është i pranishëm së bashku me zinkun. Në sistemet ujore, kadmiumi lidhet me substanca organike të tretura, veçanërisht nëse grupet sulfhidrile SH janë të pranishme në strukturën e tyre. Kadmiumi gjithashtu formon komplekse me aminoacide, polisakaride dhe acide humike. Megjithatë, besohet se prania e thjeshtë e përqendrimeve të larta të këtyre ligandëve të aftë për të lidhur kadmiumin nuk është ende e mjaftueshme për të ulur përqendrimin e joneve të lira të kadmiumit në një nivel të sigurt për organizmat e gjallë. Adsorbimi i joneve të kadmiumit nga sedimentet e poshtme varet fuqishëm nga aciditeti i mediumit. Në mjediset ujore neutrale, joni i lirë i kadmiumit thithet pothuajse plotësisht nga grimcat e sedimenteve të poshtme.

Vetëm pak vite më parë kishte mjaft burime të kadmiumit që hynin në mjedis. Pasi u vërtetua toksiciteti i lartë i tij, numri i tyre ra ndjeshëm (të paktën në vendet e industrializuara). Tani burimi kryesor i ndotjes së mjedisit me këtë helmues janë vendet e varrosjes së baterive nikel-kadmium. Siç u përmend tashmë, kadmiumi u gjet në produktet e shpërthimit të malit Etna. Përqendrimet e kadmiumit në ujërat e shiut mund të kalojnë 50 µg/l.

Në rezervuarët dhe lumenjtë e ujërave të ëmbla, përmbajtja e kadmiumit varion nga 20-400 ng/l. Përmbajtja e tij më e ulët në oqean u regjistrua në Oqeanin Paqësor, në lindje të ishujve japonezë (~ 0,8-9,6 ng/L në një thellësi prej 8-5500 m). Ky metal grumbullohet në bimët ujore dhe në indet e organeve të brendshme të peshkut (por jo në muskujt skeletorë).

Kadmiumi në përgjithësi është më pak toksik për bimët sesa metilmerkuri dhe është i krahasueshëm në toksicitet me plumbin. Me një përmbajtje kadmiumi prej ~ 0,2-1 mg/l, fotosinteza dhe rritja e bimëve ngadalësohen. Efekti i mëposhtëm i regjistruar është interesant: toksiciteti i kadmiumit zvogëlohet dukshëm në prani të sasive të caktuara të zinkut, gjë që konfirmon edhe një herë supozimin se jonet e këtyre metaleve mund të konkurrojnë në trup për pjesëmarrje në procesin enzimatik.

Pragu i toksicitetit akut për kadmium varion nga 0,09 në 105 μg/L për peshqit e ujërave të ëmbla. Rritja e fortësisë së ujit rrit shkallën e mbrojtjes së trupit nga helmimi me kadmium. Janë të njohura raste të helmimit të rëndë të njerëzve me kadmium që hynte në organizëm nëpërmjet zinxhirëve trofikë (sëmundja Itai-Itai). Kadmiumi eliminohet nga trupi për një periudhë të gjatë (rreth 30 vjet).

Biosfera mund të konsiderohet si një objekt i përgjithësuar i analizës. Në praktikë, një specialist në një fushë të caktuar të shkencës merret me cilindo nga komponentët e tij. Megjithatë, çdo objekt specifik është në dinamikë të vazhdueshme, në lidhje të ndërsjellë me objekte të tjera dhe për këtë arsye ndryshon jo vetëm përbërjen, por edhe vetitë e tij. Ndonjëherë këto ndryshime janë të vogla, kështu që ato mund të vërehen, duhet një periudhë e caktuar kohore gjatë së cilës do të ndodhin këto ndryshime. Megjithatë, metodat e vëzhgimit të përdorura, d.m.th., biomonitorimi, duhet të jenë të ndjeshme dhe të sakta. Kompleksiteti i mjedisit si objekt analize dhe ndryshueshmëria e tij e bëjnë të nevojshme rishikimin periodik të të dhënave dhe përmirësimin e metodave të përcaktimit dhe fazave individuale të analizës. Kohët e fundit, një rishikim i tillë është kryer në lidhje me të dhënat për prevalencën e merkurit dhe bakrit në mjedis. Doli se fazat e mëparshme të kampionimit, përzgjedhjes dhe përgatitjes së kampionit nuk ishin mjaft perfekte dhe përfshinin një gabim sistematik. Kontabiliteti i tij përfundimisht çoi në faktin se të dhënat mbi përmbajtjen e merkurit në objekte individuale mjedisore ndonjëherë mbivlerësoheshin me një renditje të madhësisë. Megjithëse parashikimi për përmbajtjen e merkurit në emetimet atmosferike për periudhën deri në vitin 2025 supozon një dyfishim të sasive të këtij toksiku, tashmë është vërtetuar se në realitet përqendrimi i tij është pothuajse një rend i madhësisë më i ulët. Një analizë e ngjashme kritike e të dhënave pritet për vlerësimin e përmbajtjes së bakrit. Informacioni për shpërndarjen e metaleve si ndotës merret kryesisht nga analistë mjedisorë, të cilët marrin informacion parësor, megjithëse specialistë nga fusha të lidhura me shkencën marrin pjesë në zgjidhjen e problemit të mbrojtjes së mjedisit. Një nga drejtimet e reformës moderne të arsimit të lartë është formimi i specialistëve të kualifikuar në shkencë
testues me erudicion të gjerë në fushat përkatëse të kimisë, biologjisë, fizikës, ekologjisë, të aftë për të zgjidhur probleme komplekse dhe jetike, disa prej të cilave janë prekur në këtë artikull.

1. Mirkin B.M., Naumova L.G. Ekologjia e Rusisë. M.: 1995. 232 f.

2. Nikanorov A.M., Zhulidov A.V. Biomonitorimi i metaleve në ekosistemet e ujërave të ëmbla. Shën Petersburg: Gidrometeoizdat, 1991. 312 f.

3. Moore J., Ramamurthy S. Metalet e rënda në ujërat natyrore. M.: Mir, 1987. 286 f.

4. Williams D. Metalet e jetës. M.: Mir, 1975. 236 f.

5. Materialet e konferencave mbi analizën e ujërave natyrore dhe të zeza në BRSS (Rusi) gjatë 5-10 viteve të fundit.

6. Shustov S.B., Shustova L.V. Bazat kimike të ekologjisë. M.: Arsimi, 1995. 240 f.

7. Maistrenko V.N., Khamitov R.Z., Budnikov G.K. Monitorimi ekologjik i supertoksikanëve. M.: Kimi, 1996. 320 f.

German Konstantinovich Budnikov, Doktor i Shkencave Kimike, Profesor i Departamentit të Kimisë Analitike të Universitetit Shtetëror të Kazanit, Anëtar korrespondues i Akademisë së Shkencave të Natyrës të Federatës Ruse dhe Akademisë Ekologjike Ruse, Akademik i Akademisë Ndërkombëtare të Shkencave të Arsimit të Lartë.

Fusha e interesave shkencore: kimia elektroanalitike, elektroda të modifikuara kimikisht, biosensorë për monitorimin mjedisor-analitik. Autor i më shumë se 550 botimeve, nga të cilat 12 libra për problemet e elektroanalitikës dhe kimisë analitike.

Minierat dhe përpunimi nuk janë burimi më i fuqishëm i ndotjes së metaleve. Emetimet nga këto ndërmarrje janë dukshëm më të ulëta se ato nga termocentralet. Të gjitha metalet janë të pranishme në qymyr dhe naftë. Në hirin e termocentraleve, furrave industriale dhe shtëpiake, ka dukshëm më shumë elementë kimikë toksikë, përfshirë metalet e rënda, sesa në tokë. Emetimet në ajër nga djegia e karburantit janë të një rëndësie të veçantë. Për shembull, sasia e merkurit, kadmiumit, kobaltit, arsenikut në to është 3-8 herë më e lartë se sasia e metaleve të minuara. Ka dëshmi se vetëm një kazan i një termocentrali modern me qymyr emeton mesatarisht 1-1,5 ton avull merkuri në atmosferë në vit. Metalet e rënda gjenden gjithashtu në plehrat minerale.

Së bashku me djegien e lëndëve djegëse minerale, mënyra më e rëndësishme e shpërndarjes teknogjene të metaleve është lëshimi i tyre në atmosferë gjatë proceseve teknologjike pirogjene (metalurgji, djegia e lëndëve të para të çimentos, etj.), si dhe transportimi, pasurimi dhe klasifikimi i mineralit. .

Hyrja teknologjike e metaleve të rënda në mjedis ndodh në formën e gazeve dhe aerosoleve dhe si pjesë e ujërave të zeza. Metalet grumbullohen relativisht shpejt në tokë dhe hiqen prej saj jashtëzakonisht ngadalë: gjysma e jetës së zinkut është deri në 450 vjet, kadmiumi - deri në 1000 vjet, bakri - deri në 1400 vjet. Një burim i rëndësishëm i ndotjes së tokës me metale është përdorimi i plehrave nga llumi i marrë nga impiantet industriale dhe të trajtimit të ujërave të zeza. Metalet e rënda në emetimet nga prodhimi metalurgjik janë kryesisht në formë të patretshme. Ndërsa largoheni nga burimi i ndotjes, grimcat më të mëdha vendosen, përqindja e përbërjeve të metaleve të tretshme rritet dhe raporti midis formave të tretshme dhe të patretshme vendoset. Ndotja e aerosolit që hyn në atmosferë largohet prej saj përmes proceseve natyrore të vetë-pastrimit. Reshjet atmosferike luajnë rolin kryesor. Më pas, emetimet nga ndërmarrjet industriale në atmosferë dhe shkarkimet e ujërave të zeza krijojnë parakushtet për hyrjen e metaleve të rënda në tokë, ujërat nëntokësore dhe trupat ujorë të hapur, në bimë, sedimente fundore dhe kafshë. Gama e përhapjes dhe nivelet e ndotjes së ajrit varen nga fuqia e burimit, kushtet e emetimit dhe kushtet e motit. Por në kushtet e aglomerateve urbane industriale dhe zhvillimit urban, parametrat e shpërndarjes së metaleve në ajër janë ende të parashikuara dobët. Me distancën nga burimet e ndotjes, rënia e përqendrimeve të aerosoleve metalike në ajrin atmosferik shpesh ndodh në mënyrë eksponenciale, si rezultat i së cilës zona e ndikimit të tyre intensiv, në të cilën tejkalohet MPC, është relativisht e vogël. Në zonat e urbanizuara, efekti përfundimtar i ndotjes së regjistruar të ajrit është rezultat i shtimit të shumë fushave të shpërndarjes dhe përcaktohet nga distanca nga burimet e emetimeve, struktura urbane dhe prania e zonave të nevojshme mbrojtëse sanitare përreth ndërmarrjeve. Përmbajtja natyrale e metaleve të rënda në një atmosferë miqësore me mjedisin është e mijta dhe dhjetë e mijta e një mikrogrami për metër kub dhe më poshtë. Këto nivele praktikisht nuk vërehen në kushtet moderne në asnjë zonë të banuar. Industritë kryesore të lidhura me ndotjen me merkur përfshijnë minierat, metalurgjinë, kimikatet, instrumentet, vakum dhe farmaceutikë. Burimet më intensive të ndotjes së mjedisit me kadmium janë metalurgjia dhe platingu, si dhe djegia e lëndëve djegëse të ngurta dhe të lëngëta. Rruga ajrore e hyrjes së elementeve kimike në mjedisin urban është ajo kryesore. Por tashmë në një distancë të shkurtër, veçanërisht në zonat e bujqësisë periferike, roli relativ i burimeve të ndotjes së mjedisit me metale të rënda mund të ndryshojë dhe rreziku më i madh do të jetë nga ujërat e zeza dhe mbetjet e grumbulluara në landfille dhe të përdorura si plehra. Substancat e pezulluara dhe sedimentet e tokës kanë aftësinë më të madhe për të përqendruar metalet e rënda, të ndjekura nga planktoni, bentosi dhe peshqit. Metalet e rënda janë ndër ndotësit më të zakonshëm në ujë, tokë dhe ajër. Toksiciteti i tyre mund të gjykohet nga klasa e rrezikut që i përkasin dhe si ndikojnë në metabolizmin dhe shëndetin e njeriut. Ekzistojnë forma të tretshme dhe të shpërndara të metaleve në ujë dhe tokë. Metalet e rënda i përkasin grupit të metaleve jo konservatore, pra përmbajtja e tyre në ujë, tokë, llum të aktivizuar dhe të tretur varet nga temperatura, përmbajtja e kripës, prania e agjentëve kompleksues inorganik dhe organikë, aktiviteti biologjik, koha e vitit, pH. vlera (në përputhje me figurën 3)

Figura 3. Ndotja e ujit me metale të rënda

Metalet e rënda hyjnë në tokë dhe në trupat ujorë nga atmosfera ose kur ujërat e zeza të patrajtuara shkarkohen, përqendrimi i metaleve në sedimente është shumë herë më i madh se në ujë. Në tokë dhe torfe, përqendrimi i metaleve të rënda ndodh përmes mekanizmit të shkëmbimit të joneve. transferimi i metaleve të rënda mund të ndodhë si rezultat i formimit të komplekseve organike dhe inorganike të tretshme në ujë. Shfaqja e vetive toksike të metaleve të rënda në praninë e tyre të njëkohshme konsiderohet karakteristike. Kështu, në prani të bakrit dhe zinkut, toksiciteti i përzierjes rritet 5 herë në krahasim me rezultatin total. Në sistemet ku ka mungesë të oksigjenit të tretur, rritet toksiciteti i zinkut, plumbit dhe bakrit. Thithja e metaleve të rënda nga toka varet nga kapaciteti i saj mekanik, fiziko-kimik (metabolik), kimik dhe biologjik.

Jonet e absorbuara nga toka mund të zëvendësojnë kationet e pranishme në rrjetën kristalore dhe të formojnë komponime komplekse me përbërës organikë të tokës, për shembull, me komponime humike. Komponimet humike në mjedise alkaline dhe neutrale formojnë komponime komplekse me metale të rënda. Në praktikën e trajtimit të ujërave të zeza industriale sot, teknologjitë membranore dhe trajtimi elektrokimik po fitojnë terren. Jonet e zinkut, kromit, bakrit, nikelit nxirren në mënyrë të përkryer nga uji duke përdorur metodën e shkëmbimit të joneve. Kapaciteti i shkëmbimit për jonin e nikelit është 63 mg. për 1 g jonit. Meqenëse kostoja e shkëmbyesve të joneve polimer është e konsiderueshme, po zhvillohen metoda për pastrimin e ujit nga metalet e rënda që përdorin nënprodukte, mbetje industriale (skorje, hiri) dhe materiale natyrore (torfe, argjilë). Parimet kryesore të përpunimit të llumit toksik të ujërave të zeza për të nxjerrë prej tyre metale të rënda të përshkruara në punim.

Metalet e rënda nxirren nga hiri i përftuar nga djegia e këtyre sedimenteve. Sot, më shumë se 500 mijë lloje kimikatesh - produkte të aktivitetit ekonomik - hyjnë në biosferë, shumica e të cilave grumbullohen në tokë. Metalet e rënda zënë një vend të rëndësishëm në mesin e ndotësve.

Në varësi të përqendrimit të tyre në mjedisin natyror, ato përcaktohen ose si elementë gjurmë ose si metale të rënda. Por ekziston një grup metalesh për të cilët është caktuar vetëm një përkufizim - "i rëndë" në kuptimin "toksik". Këto përfshijnë merkurin, kadmiumin, plumbin, taliumin dhe disa elementë të tjerë. Ata konsiderohen si ndotësit më të rrezikshëm mjedisor, së bashku me metaloidet si arseniku.

Burimet kryesore të hyrjes antropogjene të metaleve të rënda në mjedisin natyror janë termocentralet, ndërmarrjet metalurgjike, guroret dhe miniera për nxjerrjen e xeheve polimetalike, automjetet motorike dhe mjetet kimike për mbrojtjen e të korrave nga sëmundjet dhe dëmtuesit. Rrjedhat veçanërisht të fuqishme të metaleve të rënda lindin rreth ndërmarrjeve të metalurgjisë me ngjyra dhe veçanërisht me ngjyra si rezultat i emetimeve atmosferike. Ndotja e mjedisit natyror me toksina ndodh si rezultat i punës së komplekseve industriale, dhe jo të ndërmarrjeve individuale. Duke marrë parasysh se dendësia e fluksit të metaleve të depozituara në sipërfaqen e poshtme është proporcionale me përqendrimin e tyre në ajër, përdoren teknika të veçanta për të vlerësuar burimin specifik të metaleve që hyjnë në mjedis.

Burimet kryesore të emetimeve antropogjene të substancave të dëmshme në atmosferë janë të përqendruara në rajonet e Kazakistanit Verior dhe Jugor, d.m.th. në hemisferën veriore. Përmbajtja e metaleve në atmosferë luhatet në një gamë të gjerë dhe varet nga distanca nga burimi i ndotjes, natyra e sipërfaqes themelore dhe kushtet e motit në kohën e matjes. Paqëndrueshmëria e metaleve është për faktin se ato shoqërohen në atmosferë me grimca nënmikrone, të cilat në ajër sillen pothuajse si një gaz. Ndotësit në atmosferë kapen nga pikat e shiut ose fjollat e borës dhe bien përmes reshjeve ose në sipërfaqen e Tokës si depozitim i thatë. Burimet industriale të ndotjes aerogjene të tokës me metale janë të lokalizuara në hapësirë, kështu që ato shkaktojnë nivele të larta të ndotjes së tokës në zona të kufizuara (sipas figurës 4).

Figura 4. Ndotja e tokës nga mbeturinat shtëpiake

Në varësi të lartësisë dhe përbërjes së shpërndarë të emetimeve, 15-20% e sasisë së metaleve të lëshuara në atmosferë bie në zonën e ndotjes lokale. Konfigurimi i izolinave të përmbajtjes së metaleve në tokë rreth burimit të emetimit korrespondon kryesisht me trëndafilin klimatik të erës. Lëshimi i metaleve në tokë pranë burimeve të shkarkimit zakonisht ndodh në formën e përbërjeve të patretshme.

Lëvizshmëria e metaleve të rënda në tokë

Modifikimi i përbërjeve të metaleve të rënda që hyjnë në tokë përfshin proceset e mëposhtme: shpërbërjen, adsorbimin e kationeve të metaleve të rënda nga faza e ngurtë e dherave, formimin e fazës së fundit të ngurtë. Procesi kryesor që kontrollon përmbajtjen e formave të tretshme në ujë të metaleve të rënda në tokat që i nënshtrohen ndotjes teknogjene konsiderohet të jetë ekuilibri adsorbim-desorbim.

Dihet se pas shtimit të oksideve të metaleve të rënda, përmbajtja e formave të tyre të lëvizshme praktikisht nuk ndryshonte nga përmbajtja në tokë në të cilën u shtuan kripëra të tretshme në ujë të të njëjtave metale të rënda. Me kalimin e kohës, në të gjitha tokat përmbajtja e formave të tretshme në ujë, të shkëmbyeshme dhe të lidhura dobët të metaleve të rënda u ul dhe përmbajtja e formave të lidhura fort u rrit. Përqendrimi i metaleve të rënda në tretësirën e tokës është karakteristika kryesore ekologjike e tokës, ajo përcakton migrimin e metaleve të rënda përgjatë profilit dhe thithjen e tyre nga bimët. Ndryshimet në lagështinë e tokës dhe energjinë e mikrobiotës ndikojnë në ekuilibrin acido-bazik dhe redoks, përmbajtjen e përbërjeve keluese, përbërjen e atmosferës së tokës, dhe e gjithë kjo nga ana tjetër ndikon në lëvizshmërinë e metaleve të rënda. Ekzistojnë 2 mekanizma në përthithjen e metaleve të rënda nga toka: i pari përfshin adsorbimin me formimin e komponimeve komplekse sferike të jashtme dhe të brendshme me përbërës minerale dhe organikë të dherave; e dyta konsiston në precipitimin e përbërjeve shumë të tretshme nga tretësira e tokës, d.m.th. në formimin e një faze të ngurtë të përsëritur. Në fatin e mëvonshëm të metaleve që formojnë lidhje të forta me oksigjenin dhe squfurin, një formim kompleks me lëndë organike luan një rol të rëndësishëm. Në një përqendrim shumë të lartë të metalit në tretësirë, fillon precipitimi i fazës së ngurtë dytësore: hekuri, hidroksidet e aluminit, karbonatet e kalciumit, magnezi, zinku, kadmiumi dhe sulfidet e merkurit. Në këtë rast, përqendrimi i metalit në tretësirë varet nga anioni, i cili siguron tretshmërinë minimale të kationit.

Nga të gjithë 104 elementët kimikë të njohur sot për njerëzimin, 82 janë metale. Ato zënë një vend të spikatur në jetën e njerëzve në sferat industriale, biologjike dhe mjedisore. Shkenca moderne i ndan metalet në të rënda, të lehta dhe fisnike. Në këtë artikull do të shikojmë listën e metaleve të rënda dhe veçoritë e tyre.

Përcaktimi i metaleve të rënda

Fillimisht, ishte zakon të quheshin metale të rënda ata përfaqësues që kanë një masë atomike mbi 50. Megjithatë, përdorimi i këtij termi sot ndodh më shpesh jo nga pikëpamja kimike, por në varësi të ndikimit të tyre në ndotjen e mjedisit. Kështu, lista e metaleve të rënda përfshin ato metale dhe metaloidë (gjysmë metale) që ndotin elementët e biosferës njerëzore (tokën, ujin). Le t'i shikojmë ato.

Sa elementë përfshin lista e metaleve të rënda?

Sot nuk ka konsensus për numrin e elementeve në këtë listë, pasi nuk ka kritere të përgjithshme për klasifikimin e metaleve si të rënda. Megjithatë, lista e metaleve të rënda mund të formohet në varësi të vetive të ndryshme të metaleve dhe karakteristikave të tyre. Kjo perfshin:

Pesha atomike. Bazuar në këtë kriter, këto përfshijnë më shumë se 40 elementë me një masë atomike që tejkalon 50 amu (g/mol).
Dendësia. Në bazë të këtij kriteri, ato metale, dendësia e të cilave është e barabartë ose e kalon atë të hekurit, konsiderohen të rënda.
Toksiciteti biologjik kombinon metalet e rënda që ndikojnë negativisht në jetën e njerëzve dhe organizmave të gjallë. Ka rreth 20 elementë në listën e tyre.

Efekti në trupin e njeriut

Shumica e këtyre substancave kanë një efekt negativ në të gjithë organizmat e gjallë. Për shkak të masës së tyre të konsiderueshme atomike, ato transportohen dobët dhe grumbullohen në indet e njeriut, duke shkaktuar sëmundje të ndryshme. Kështu, për trupin e njeriut, kadmiumi, merkuri dhe plumbi njihen si metalet më të rrezikshëm dhe më të rëndë.

Lista e elementeve toksike grupohet sipas shkallës së rrezikut sipas të ashtuquajturave rregulla Mertz, sipas të cilave metalet më toksike kanë gamën më të vogël të ekspozimit:

Kadmiumi, zhiva, talium, plumbi, arseniku (një grup i helmeve metalike më të rrezikshme, tejkalimi i kufijve të lejuar mund të çojë në çrregullime të rënda psiko-fiziologjike dhe deri në vdekje).
Kobalt, krom, molibden, nikel, antimoni, skandium, zink.
Barium, mangan, stroncium, vanadium, tungsten

Megjithatë, kjo nuk do të thotë që asnjë nga elementët e grupuar më sipër, sipas rregullave të Mertz-it, nuk duhet të jetë i pranishëm në trupin e njeriut. Përkundrazi, lista e metaleve të rënda përfshin këta dhe më shumë se 20 elementë të tjerë, një përqendrim i vogël i të cilëve jo vetëm nuk është i rrezikshëm për jetën e njeriut, por është i domosdoshëm edhe në proceset metabolike, veçanërisht hekuri, bakri, kobalti, molibdeni e madje. zinku.

Ndotja e mjedisit me metale të rënda

Elementet e biosferës që ndoten nga metalet e rënda janë toka dhe uji. Më shpesh, fajtorët për këtë janë ndërmarrjet metalurgjike që përpunojnë metale të lehta dhe të rënda.

Toksinat më të zakonshme janë: plumbi (prodhimi i automobilave), merkuri (shembull i shpërndarjes: termometra të prishur në jetën e përditshme dhe pajisje ndriçimi fluoreshente), kadmiumi (i formuar si rezultat i djegies së mbeturinave). Për më tepër, shumica e fabrikave në prodhim përdorin një ose një element tjetër që mund të karakterizohet si i rëndë. Grupi metalik, lista e të cilit u dha më sipër, më së shpeshti hyn në trupat ujorë në formën e mbeturinave dhe më pas arrin te njerëzit.

Përveç faktorëve të krijuar nga njeriu të ndotjes së natyrës me metale të rënda, ka edhe ato natyrore - këto janë shpërthime vullkanike, në llavën e të cilave u gjet një përmbajtje e shtuar e kadmiumit.

Karakteristikat e shpërndarjes së metaleve më toksike në natyrë

Mërkuri në natyrë është më i lokalizuar në ujë dhe ajër. Mërkuri hyn në ujërat e oqeaneve botërore nga kullimet industriale dhe gjithashtu gjenden avujt e merkurit të formuar si rezultat i djegies së qymyrit. Komponimet toksike grumbullohen në organizmat e gjallë, veçanërisht në ushqimet e detit.

Plumbi ka një zonë të gjerë shpërndarjeje. Ai grumbullohet në male, në tokë, dhe në ujë, dhe në organizmat e gjallë, madje edhe në ajër, në formën e gazrave të shkarkimit nga makinat. Natyrisht, plumbi hyn në mjedis edhe si rezultat i veprimit antropologjik në formën e mbetjeve industriale dhe mbetjeve të pa ricikluara (akumulatorë dhe bateri).

Dhe burimi i ndotjes së mjedisit me kadmium janë gjithashtu faktorë natyrorë: gërryerja e xeheve të bakrit, kullimi i tokës, si dhe rezultatet e aktivitetit vullkanik.

Fusha e aplikimit të metaleve të rënda

Pavarësisht toksicitetit, industria moderne krijon një larmi të madhe produktesh të dobishme, duke përpunuar ato të rënda duke përfshirë lidhjet e bakrit, zinkut, plumbit, kallajit, nikelit, titanit, zirkonit, molibdenit, etj.

Bakri është një material shumë plastik që përdoret për prodhimin e telave, tubacioneve, enëve të kuzhinës, bizhuterive, çatisë dhe shumë më tepër. Përveç kësaj, përdoret gjerësisht në inxhinierinë mekanike dhe ndërtimin e anijeve.

Zinku ka veti të larta kundër korrozionit, prandaj përdoret gjerësisht për veshjen e produkteve metalike (të ashtuquajturat galvanizim). Fushat e aplikimit për produktet e zinkut: ndërtimi, inxhinieria mekanike, printimi (prodhimi i formave të printuara), shkenca e raketave, industria kimike (prodhimi i llaqeve dhe bojrave) dhe madje edhe mjekësia (antiseptikët, etj.).

Plumbi shkrihet lehtësisht, kështu që përdoret si lëndë e parë në shumë industri: bojë dhe llak, kimike, automobilistikë (pjesë e baterive), radio elektronike, mjekësore (prodhimi i përparëseve mbrojtëse për pacientët gjatë ekzaminimeve me rreze X).

Metalet janë ndër ndotësit kryesorë inorganik të ujërave të ëmbla dhe detare. Këto janë kryesisht komponime të arsenikut, plumbit, kadmiumit dhe merkurit.

Ashpërsia e problemit të ndotjes së mjedisit ujor me metale toksike përcaktohet nga:

Përqendrime të larta të përbërjeve të metaleve të rënda në zonat bregdetare të oqeanit dhe deteve të brendshme;

Formimi i komplekseve organometalike shumë toksike, të cilat përfshihen në përbërësin abiotik të ekosistemit dhe absorbohen nga hidrobiontet;

Akumulimi i metaleve nga organizmat ujorë në doza të rrezikshme për njerëzit.

Burimet kryesore të metaleve toksike që hyjnë në mjedisin ujor janë ndotja e drejtpërdrejtë dhe rrjedhjet nga toka. Përveç kësaj, transporti atmosferik luan një rol të rëndësishëm në ndotjen e hidrosferës me metale.

200 kt plumb dhe 5 kt merkuri bien në sipërfaqen e Oqeanit Botëror çdo vit. Kontributi i rrjedhës atmosferike të plumbit në rrjedhën e tij totale në Oqeanin Botëror aktualisht tejkalon kontributin gjeokimik të këtij elementi me rrjedhjen e lumenjve. Për kadmiumin, inputet në oqean për shkak të depozitimit atmosferik dhe rrjedhjes së drejtpërdrejtë nga toka janë të ngjashme, dhe për merkurin, fluksi atmosferik përbën rreth 25% të totalit të hyrjes në mjedisin oqean. Tani dihet se burimi kryesor i metaleve të rënda që hyjnë në mjedis nuk është prodhimi metalurgjik, por djegia e qymyrit. Djegia vjetore e 2,4 miliardë tonëve qymyr të fortë dhe 0,9 miliardë tonëve qymyr kafe shpërndan 200 kt arsenik dhe 224 kt uranium në mjedis, dhe prodhimi botëror i këtyre metaleve është respektivisht vetëm 40 dhe 30 kt.

Siç u përmend më lart, ujërat e zeza luajnë një rol të rëndësishëm në ndotjen e hidrosferës me metale.

Natyrisht, ndotja më e madhe e metaleve ndodh në dete dhe në ato pjesë të oqeanit ku aktiviteti antropogjen është i lartë. Ujërat e Gjirit Persik dhe të Adenit të Oqeanit Indian, pjesa ekuatoriale e Oqeanit Paqësor, ujërat e Rrjedhës së Gjirit në Atlantik, Detet e Veriut dhe Mesdheut janë më të ndotura se të tjerët.

Arseniku. Arseniku është i përhapur në shkëmbinjtë që përmbajnë fosfat dhe rrjedhimisht shfaqet si papastërti në plehrat fosfate ose detergjentët e prodhuar nga këto lëndë të para. Format e zakonshme të arsenikut në natyrë: H 3 AsO 3 , As(OH) 3 , H 3 AsO 4 .

Një pjesë e arsenikut përdoret si pesticid në formën e arsenateve të natriumit dhe bakrit për spërkatjen e pemëve frutore. Por burimet kryesore antropogjene të arsenikut janë djegia e qymyrit dhe shkrirja e metaleve. Nëse përqendrimi mesatar i arsenikut në ajrin e qyteteve të mëdha është 0,01–0,56 μg m–3, atëherë pranë fabrikave shkrirëse (në një distancë prej disa km) është 1,5–7,9 μg m–3, dhe përmbajtja e arsenikut në mizën e qymyrit termocentralet e hirit janë 43–312 mg kg–1 (Arsenik, 1985).

Tek njerëzit, helmimi akut me arsenik shkakton një shije metalike në gojë, të vjella, dhimbje të forta abdominale, insuficiencë akute kardiovaskulare dhe renale dhe konvulsione. Intoksikimi kronik (kur konsumohet ujë që përmban më shumë se 0,1 μg L–1 arsenik) shkakton hiperpigmentim, keratozë dhe kancer të lëkurës (Garin et al., 2001). Doza vdekjeprurëse për arsenikun është - 0,06 - 0,2 g (nga 1 deri në 2,5 mg si kg -1 peshë trupore) (Arsenik, 1985).

Plumbi. Përafërsisht 3,5 Mt plumb nxirret çdo vit, dhe duke marrë parasysh ri-nxjerrjen nga mbetjet, prodhimi i plumbit është 4,1 Mt vit -1. Ndotja e ujërave natyrore dhe ajrit me plumb ndodh si rezultat i pjekjes dhe shkrirjes së xeheve të plumbit për të prodhuar plumb metalik, nëpërmjet emetimeve të mbetjeve nga industritë që përdorin plumb dhe nga djegia e qymyrit, drurit dhe materialeve të tjera organike, duke përfshirë mbetjet komunale. Përveç kësaj, sasi të konsiderueshme të plumbit lëshohen në mjedis përmes përdorimit të tubave të ujit me plumb dhe baterive të acidit plumb.

Përbërjet e alkilit të plumbit mbeten ende burime serioze të ndotjes së mjedisit. Vetëm në 40 vitet e fundit, afërsisht 10 Mt plumb është përpunuar në plumb tetraetil, i cili përdoret si një aditiv kundër goditjes në benzinë motorike. Nga burimet antropogjene të plumbit, kjo konsiderohet më e rëndësishmja.

Sasia e plumbit që hyn në oqean çdo vit si rezultat i përdorimit të plumbit alkil si agjent kundër goditjes së karburantit dizel vlerësohet në 25 kt.

Pb(CH 2 CH 3) 4 i shtohet benzinës, e cila lejon motorët të funksionojnë në presione të larta. CH 2 Cl–CH 2 Cl dhe CH 2 Br–CH 2 Br i shtohen gjithashtu benzinës. Si rezultat i djegies së karburantit, plumbi hyn në atmosferë në formën e grimcave të aerosolit PbBrCl me madhësi më të vogël se 2 mikron, duke hyrë në mushkëri dhe duke u vendosur atje:

Pb(CH 2 CH 3) 4 + C 2 H 4 G 2 + 16O 2 = PbG 2 + 10CO 2 + 12H 2 O (G=Cl ose Br) (Ershov, 2003).

Plumbi në trupin e njeriut grumbullohet në kocka, duke zhvendosur kripërat e kalciumit. Përveç kësaj, ai depozitohet në muskuj, mëlçi, veshka, shpretkë, tru, zemër dhe nyjet limfatike. Intoksikimi nga plumbi karakterizohet nga "kolika nga plumbi" - një spazmë e mprehtë e enëve të gjakut, rritje e presionit të gjakut, fenomene spastike-atonike në zorrët, shfaqja e konfiskimeve konvulsive dhe zhvillohet anemia hipokromike (Garin et al., 2001). Doza vdekjeprurëse e plumbit për njerëzit është 20-50 g.

Mërkuri. Mërkuri është një nga metalet më toksike që gjendet më shpesh në mjedis. Mërkuri është një nga elementët më të rrallë me nivele shumë të ulëta në koren e tokës. Ndodh natyrshëm si sulfid i kuq, kinabar, sulfid i zi dhe si merkur i lëngshëm.

Burimet kryesore antropogjene të merkurit:

· djegia e lëndëve djegëse fosile;

· emetimet nga ndërmarrjet industriale, nga të cilat më të rëndësishmet janë shkarkimet e ujërave të zeza nga fabrikat e elektrolizës për prodhimin e klor-alkalit dhe sodës kaustike dhe ndërmarrjet ku sulfati i merkurit përdoret si katalizator;

· përdorimi në bujqësi i biocideve të ndryshme që përmbajnë komponime të merkurit.

Është vlerësuar se si rezultat i aktiviteteve njerëzore, deri në 10 kt merkuri çlirohen në mjedis në vit, nga të cilat 3 kt janë për shkak të djegies së lëndëve djegëse fosile. Rreth 5 kt merkuri hyn në mjedisin detar, sasia totale e tij në ujërat e Oqeanit Botëror është 10 Mt me një përqendrim mesatar prej 0,01-0,03 μg l -1.

Ka baktere që konvertojnë merkurin mineral në merkur monometil (ose metil) (CH 3 Hg +)

Mërkuri është toksik për fitoplanktonin, kështu që ndotja me merkur redukton ndjeshëm prodhimin primar të ekosistemeve detare. Fito- dhe zooplankton grumbullojnë merkur në një gamë të gjerë përqendrimesh nga 30 deri në 3,800 μg kg -1 masë e thatë, shkalla e akumulimit të merkurit mund të kalojë 40,000.

MPC e tij për trupat ujorë pranohet të jetë jo më shumë se 0,005 mg l -1. Në ujërat kontinentale dhe oqeanike, përqendrimi i merkurit është afërsisht 1 µg kg-1. Përmbajtja aktuale e merkurit në ujërat e lumenjve të vendeve të industrializuara tejkalon kufirin maksimal të lejuar me 2-4 herë, dhe përmbajtja e tij në indet e peshkut është shpesh 100-200 herë më e lartë se ajo në ujërat natyrore. Në inde të tilla si toni, përqendrimet mund të arrijnë 120 µg kg-1.

Doza vdekjeprurëse e kripërave të merkurit për njerëzit është 0,5 g.

Sëmundja Minamata. Në Japoni, sëmundja Minamata u vërejt dy herë - në 1953 në Gjirin Minamata, në 1965 në zonën e Niigata. Në Dhjetor 1953, banorët e Minamatës dëshmuan fenomene të tmerrshme. Shumë mace, qen dhe madje edhe zogj ngordhën pikërisht në rrugë nga konvulsione. Disa mace të furishme nxituan në ujë - sjellje që është e pazakontë për një kafshë të njohur për frikën e saj nga hidrofobia. Dhe disa javë më vonë, vetë banorët filluan të vuanin nga një sëmundje e panjohur, e cila më vonë mori emrin "sëmundja Minamata". Në fazën e parë të sëmundjes, pacientët ndjejnë mpirje në buzë dhe gjymtyrë. Më pas fillojnë shqetësimet në vizuale (ngushtimi i fushës vizuale), funksionet dëgjimore dhe të të folurit (të folurit bëhet i vështirë dhe frazat bëhen gjithnjë e më jokoherente). Ecja e pacientit bëhet e pasigurt dhe tronditëse, si ajo e një të dehuri. Shfaqen shenja të çrregullimeve mendore dhe demencës. Vdekja ndodh ose mjaft shpejt - pas disa ditësh konvulsionesh, ose pak kohë më vonë - nga komplikimet në mushkëri.

Në fillim u supozua se sëmundja ishte shkaktuar nga një virus i panjohur. Analiza e pamjes klinike tregoi se sëmundja ishte shkaktuar nga helmimi me merkur. Fjala "merkur" u përdor për herë të parë në korrik 1959.

Shfaqja në vitin 1965 e një sëmundjeje të ngjashme në zonën e Niigata-s, e vendosur larg Minamata-s, dha dëshmi të mëtejshme të aftësisë së metilmerkurit për të shkaktuar këtë sëmundje. 5 persona nga 30 të sëmurë rëndë vdiqën. Të gjithë hëngrën peshk të kapur në lumin Agano. Dhe ujërat e zeza nga një ndërmarrje tjetër që sintetizonte acetaldehidin hynë në të. Kjo bimë i përkiste shqetësimit të fuqishëm japonez Showa Denko.

Vetëm në shtator 1968 Ministri japonez i Shëndetësisë deklaroi zyrtarisht se shkaku i sëmundjes Minamata ishin ujërat e zeza nga uzina Chisso (Ramad, 1981; Erhard, 1984).

Merkuri inorganik u përdor si katalizator për prodhimin e acetaldehidit dhe klorurit të vinilit në fabrikën Chisso Company Ltd. Gjatë një dekade, merkuri dhe metilmerkuri u derdhën pa dashje në Gjirin Minamata, i cili lidhet me detin ndërishullor Yatsushiro, i cili ka shumë pak lidhje me Oqeanin Paqësor në majë të ishullit Kyushi në Japoninë perëndimore.

Deri në vitin 1987, qeveria njohu 1,742 pacientë si viktima të sëmundjes Minamata, me numrin e mundshëm të viktimave të vlerësuara në 5,000.

Në vitin 1984, qeveria japoneze filloi të pomponte tokën e kontaminuar në një zonë të veçantë brenda Gjirit Minamata. Vëllimi i përgjithshëm i tokës që do të neutralizohej ishte 582,000 m3. Kostoja totale e punës vlerësohet në 500 milionë dollarë Deri në vitin 2011, është planifikuar heqja e plotë e merkurit (Zilov, 2006).

Kadmium. Në natyrë, kadmiumi zakonisht shoqërohet me zinkun dhe ndarja e tyre nuk është ekonomikisht fitimprurëse.

Kadmiumi përdoret gjerësisht në industrinë elektronike, prodhimin e plastikës, ngjyrave dhe tretësve. Përdorimi i tij më i njohur është në bateritë nikel-kadmium.

Në mjedis, kadmiumi është i pranishëm si një jon dyvalent, i precipituar si karbonat:

Cd 2+ + CO 3 2- = CdCO 3 ↓

Në një mjedis acid, jonet e kadmiumit çlirohen:

CdCO 3 + 2H + = Cd 2+ + CO 2 + H2O

Burimet kryesore antropogjene të kadmiumit që hyjnë në mjedis përfshijnë ndërmarrjet minerare dhe metalurgjike, si dhe ujërat e zeza. Pirja e duhanit lëshon 6-11 tonë kadmium në mjedis çdo vit (Gadaskina, 1988).

Në total, ujërat e Oqeanit Botëror përmbajnë afërsisht 140 Mt kadmium me një përqendrim mesatar prej 0,1 μg l –1. Kadmiumi akumulohet nga kafshët ujore, por nuk është i përqendruar në zinxhirët ushqimorë (Izrael, 1989).

Kadmiumi është një nga helmuesit më të rrezikshëm. Toksiciteti i kadmiumit është për shkak të ngjashmërisë së vetive kimike me zinkun. Në të njëjtën kohë, ai lidhet me squfurin më fort se zinku dhe, për rrjedhojë, e zhvendos zinkun nga shumë enzima në të cilat përdoret si kofaktor. Natyrisht, këto enzima ndalojnë së funksionuari. Një dozë prej 30-40 mg mund të jetë vdekjeprurëse.

Kadmiumi hyn në trupin e njeriut kryesisht përmes ushqimeve bimore. Pasi gëlltitet, sasia e kadmiumit që ekskretohet nga trupi i njeriut është jashtëzakonisht e ngadaltë (0,1% në ditë-1). Simptomat më të hershme të helmimit nga kadmiumi janë dëmtimi i veshkave, sistemit nervor dhe organeve gjenitale. Pastaj dhimbja akute e kockave shfaqet në shpinë dhe në këmbë dhe funksioni pulmonar është i dëmtuar (Garin et al., 2001).

Sëmundja Itai-itai. Kjo sëmundje lidhet me kadmiumin, megjithëse lidhja e kadmiumit inorganik me sëmundjen nuk është aq e qartë sa me sëmundjen Minamata. Megjithatë, kadmiumi njihet si një faktor kryesor në shkaktimin e sëmundjes. Falë veprimtarisë së kompanisë Mitsui, e cila minon dhe prodhon zink, plumb, argjend dhe arin, kadmiumi është lëshuar në ujërat e lumit që në vitet 1920. Jintsu në Japoninë qendrore. Këto ujëra më pas përdoreshin për fushat e orizit. Kadmiumi ishte i përqendruar në kokrrat e orizit. Fermerët kanë ngrënë oriz me kadmium për dekada. Kadmiumi shkaktoi mosfunksionim tubular të veshkave, osteomalaci dhe osteoporozë. Simptoma më karakteristike e sëmundjes ishte dhimbja akute në kocka, e cila shprehet në emrin e sëmundjes "itai-itai" në japonisht korrespondon me anglishten "ouch-ouch" ose rusisht "ah, dhemb!" Pavarësisht se duhet të ketë pasur një numër të madh viktimash në periudhën nga viti 1920 deri në vitin 1950, sëmundja nuk u njoh zyrtarisht deri në vitin 1967. Numri i viktimave që vdiqën nga sëmundja ishte 396 (305 gra dhe 91 burra) për 1 426 ferma në zonën e kontaminuar.

Riparimi i afërsisht 50% të tokës (200 ha) u krye me plugim të thellë në vitin 1991. 30 cm e sipërme e tokës, veçanërisht e ndotur shumë me kadmium, u zhvendos poshtë. Kadmiumi nga sedimentet e poshtme të lumit. Jinzu vazhdon të përhapet në të gjithë fushat përreth gjatë përmbytjeve (Zilov, 2006).

Një nga ndotjet kimike më të forta dhe më të përhapura është ndotja me metale të rënda.

Metalet e rënda janë elementë të tabelës periodike të elementeve kimike, me një peshë molekulare mbi 50 njësi atomike. Ky grup elementësh është i përfshirë në mënyrë aktive në proceset biologjike, duke qenë pjesë e shumë enzimave. Grupi i "metaleve të rënda" përkon kryesisht me grupin e mikroelementeve. Nga ana tjetër, metalet e rënda dhe përbërjet e tyre kanë efekte të dëmshme në organizëm. Këto përfshijnë: plumb, zink, kadmium, merkur, molibden, krom, mangan, nikel, kallaj, kobalt, titan, bakër, vanadium.

Metalet e rënda, duke hyrë në trup, mbesin atje përgjithmonë, ato mund të hiqen vetëm me ndihmën e proteinave të qumështit. Përveç faktit që ata vetë helmojnë trupin e njeriut, ata gjithashtu e bllokojnë atë thjesht mekanikisht - jonet e metaleve të rënda vendosen në muret e sistemeve më të mira të trupit dhe bllokojnë kanalet e veshkave dhe mëlçisë, duke zvogëluar kështu aftësinë filtruese të këtyre organeve. Prandaj, kjo çon në akumulimin e toksinave dhe produkteve të mbeturinave të qelizave të trupit tonë, d.m.th. vetëhelmimi i trupit, sepse Është mëlçia ajo që është përgjegjëse për përpunimin e substancave toksike që hyjnë në trupin tonë dhe produkteve të mbeturinave të trupit, dhe veshkat janë përgjegjëse për largimin e tyre nga trupi.

Burimet e metaleve të rënda ndahen në natyrore(moti i shkëmbinjve dhe mineraleve, proceset e erozionit, aktiviteti vullkanik) dhe i krijuar nga njeriu(nxjerrja dhe përpunimi i mineraleve, djegia e karburanteve, trafiku, aktivitetet bujqësore).

Disa nga emetimet e shkaktuara nga njeriu që hyjnë në mjedisin natyror në formën e aerosoleve të imta transportohen në distanca të konsiderueshme dhe shkaktojnë ndotje globale.

Pjesa tjetër hyn në rezervuarë pa kullim, ku metalet e rënda grumbullohen dhe bëhen burim ndotjeje dytësore, d.m.th. formimi i ndotësve të rrezikshëm gjatë proceseve fizike dhe kimike që ndodhin drejtpërdrejt në mjedis (për shembull, formimi nga ato jo toksike).

Metalet e rënda zakonisht hyjnë në trupat ujorë me ujërat e zeza nga ndërmarrjet minerare dhe metalurgjike, si dhe nga ndërmarrjet kimike dhe të industrisë së lehtë, ku përbërjet e tyre përdoren në procese të ndryshme teknologjike. Për shembull, shumë kripëra të kromit shkarkohen nga fabrikat për rrezitje të lëkurës, kromi dhe nikeli përdoren për lyerjen e sipërfaqeve të produkteve metalike. Përbërjet e bakrit, zinkut, kobaltit, titanit përdoren si ngjyra etj.

Burimet e mundshme të ndotjes së biosferës me metale të rënda përfshijnë: ndërmarrjet e metalurgjisë me ngjyra dhe me ngjyra (emetimet e aerosoleve, inxhinierinë mekanike (banjot e veshjes së bakrit, veshjen e nikelit, krominimin), fabrikat për përpunimin e baterive, transportin rrugor.

Përveç burimeve antropogjene të ndotjes së mjedisit me metale të rënda, ka edhe të tjera natyrore, si shpërthimet vullkanike. Të gjitha këto burime të ndotjes shkaktojnë një rritje të përmbajtjes së ndotësve metalikë në biosferë ose në përbërësit e saj (ajër, ujë, tokë, organizma të gjallë) në krahasim me nivelin natyror, të ashtuquajturin sfond.

Periudha e gjysmë-heqjes ose heqjes së gjysmës së përqendrimit fillestar është një kohë e gjatë: për zinkun - nga 70 në 510 vjet, për kadmiumin - nga 13 në 110 vjet, për bakrin - nga 310 në 1500 vjet dhe për plumbin - nga 740 deri në 5900 vjet.

Metalet e rënda kanë një aftësi të lartë për një sërë reaksionesh kimike, fiziko-kimike dhe biologjike. Shumë prej tyre kanë valencë të ndryshueshme dhe marrin pjesë në proceset redoks.

Në trupat ujorë zakonisht gjenden toksikanët e mëposhtëm: merkuri, plumbi, kadmiumi, kallaji, zinku, mangani, nikeli, megjithëse dihet toksiciteti i lartë i metaleve të tjera të rënda - kobalti, argjendi, ari, uraniumi etj. Në përgjithësi, toksiciteti i lartë për qeniet e gjalla është një veti karakteristike e përbërjeve dhe joneve të metaleve të rënda.

Ndër metalet e rënda, disa janë jashtëzakonisht të nevojshme për mbështetjen e jetës së njerëzve dhe organizmave të tjerë të gjallë dhe i përkasin të ashtuquajturve elementë biogjenikë. Të tjerët shkaktojnë efektin e kundërt dhe, kur hyjnë në një organizëm të gjallë, çojnë në helmimin ose vdekjen e tij. Këto metale i përkasin klasës së ksenobiotikëve, domethënë të huaj për gjallesat. Ndër metalet toksike, një grup prioritar është identifikuar: kadmiumi, bakri, arseniku, nikeli, mërkuri, plumbi, zinku dhe kromi si më të rrezikshmit për shëndetin e njerëzve dhe kafshëve. Nga këto, mërkuri, plumbi dhe kadmiumi janë më helmuesit.

Efekti toksik i metaleve të rënda në trup rritet nga fakti se shumë metale të rënda shfaqin veti të theksuara komplekse. Kështu, në mjediset ujore, jonet e këtyre metaleve janë të hidratuar dhe janë të afta të formojnë komplekse të ndryshme hidrokso, përbërja e të cilave varet nga aciditeti i tretësirës. Nëse ndonjë anion ose molekula e përbërjeve organike është e pranishme në tretësirë, atëherë jonet e metaleve të rënda formojnë komplekse të ndryshme me struktura dhe qëndrueshmëri të ndryshme.

Për shembull, merkuri formon lehtësisht komponime dhe komplekse me substanca organike në tretësirë dhe në trup, përthithet mirë nga organizmat nga uji dhe transmetohet përmes zinxhirit ushqimor. Sipas klasës së rrezikut, merkuri i përket klasës së parë (një substancë kimike jashtëzakonisht e rrezikshme). Mërkuri reagon me grupet SH të molekulave të proteinave, ndër të cilat janë enzimat që janë thelbësore për trupin. Mërkuri gjithashtu reagon me grupet e proteinave - COOH dhe NH 2 për të formuar komplekse të forta - metaloproteina. Dhe jonet e merkurit që qarkullojnë në gjak, të cilat arrijnë atje nga mushkëritë, gjithashtu formojnë komponime me molekulat e proteinave. Ndërprerja e funksionimit normal të proteinave enzimë çon në shqetësime të thella në organizëm dhe mbi të gjitha në sistemin nervor qendror, si dhe në veshka.

Lëshimet e merkurit në ujë janë veçanërisht të rrezikshme, pasi si rezultat i aktivitetit të mikroorganizmave që banojnë në fund, formohen komponime organike toksike të merkurit, të tretshëm në ujë, të cilat janë shumë më toksike se ato inorganike. Mikroorganizmat që jetojnë atje i shndërrojnë ato në dimetilmerkur (CH 3) 2 Hg, i cili është një nga substancat më toksike. Më pas, dimetilmerkuri shndërrohet lehtësisht në kationin e tretshëm në ujë HgCH 3 +. Të dyja substancat absorbohen nga organizmat ujorë dhe hyjnë në zinxhirin ushqimor; fillimisht ato grumbullohen në bimë dhe organizma të vegjël, pastaj në peshq. Merkuri i metiluar eliminohet nga trupi shumë ngadalë - me muaj te njerëzit dhe me vite te peshqit.

Metalet e rënda depërtojnë në organizmat e gjallë kryesisht përmes ujit (përjashtim bën merkuri, avujt e të cilit janë shumë të rrezikshëm). Me hyrjen në trup, metalet e rënda më shpesh nuk i nënshtrohen ndonjë transformimi domethënës, siç ndodh me toksikanët organikë dhe, pasi kanë hyrë në ciklin biokimik, ata e lënë atë jashtëzakonisht ngadalë.

Treguesi më i rëndësishëm i cilësisë së habitatit është shkalla e pastërtisë së ujërave sipërfaqësore. Një metal toksik, një herë në një rezervuar ose lumë, shpërndahet midis përbërësve të këtij ekosistemi ujor. Megjithatë, jo çdo sasi metali shkakton çrregullim të ekosistemit.

Kur vlerësohet aftësia e një ekosistemi për t'i rezistuar efekteve toksike të jashtme, është e zakonshme të flitet për kapacitetin tampon të ekosistemit. Kështu, kapaciteti buferik i ekosistemeve të ujërave të ëmbla në raport me metalet e rënda kuptohet si një sasi e tillë e një metali toksik, furnizimi i të cilit nuk prish ndjeshëm funksionimin natyror të të gjithë ekosistemit në studim.

Në këtë rast, vetë metali toksik shpërndahet në përbërësit e mëposhtëm:

Metal në formë të tretur;

Sorbohet dhe grumbullohet nga fitoplanktoni, domethënë mikroorganizmat bimorë;

Mbajtur nga sedimentet e poshtme si rezultat i sedimentimit të grimcave organike dhe minerale të pezulluara nga mjedisi ujor;

Adsorbohet në sipërfaqen e sedimenteve fundore direkt nga mjedisi ujor në formë të tretshme;

Gjendet në formë të përthithur në grimca të pezulluara.

Përveç akumulimit të metaleve për shkak të adsorbimit dhe sedimentimit të mëvonshëm, në ujërat sipërfaqësore ndodhin procese të tjera që pasqyrojnë rezistencën e ekosistemeve ndaj efekteve toksike të këtyre ndotësve. Më e rëndësishmja prej tyre është lidhja e joneve metalike në mjedisin ujor nga substanca organike të tretura. Në këtë rast, përqendrimi total i substancave toksike në ujë nuk ndryshon. Sidoqoftë, përgjithësisht pranohet se jonet e metaleve të hidratuara janë më toksikët, ndërsa ato të lidhura në komplekse janë më pak të rrezikshëm ose madje pothuajse të padëmshëm. Studimet speciale kanë treguar se nuk ka një lidhje të qartë midis përqendrimit total të një metali toksik në ujërat sipërfaqësore natyrore dhe toksicitetit të tyre.

Ujëra të ndryshëm sipërfaqësorë lidhin jonet e metaleve të rënda në mënyra të ndryshme, duke shfaqur kapacitete të ndryshme buferike. Ujërat e liqeneve, lumenjve dhe rezervuarëve jugorë, të cilët kanë një grup të madh përbërësish natyrorë (substanca humike, acide humike dhe acide fulvic) dhe përqendrimet e tyre të larta, janë të afta për detoksifikimin natyror më efektiv në krahasim me ujërat e rezervuarëve në veri. dhe zona e butë. Prandaj, toksiciteti i ujërave që përmbajnë ndotës varet edhe nga kushtet klimatike të zonës natyrore. Duhet të theksohet se kapaciteti tampon i ujërave sipërfaqësore në raport me metalet toksike përcaktohet jo vetëm nga prania e lëndës organike të tretur dhe e lëndës pezull, por edhe nga aftësia akumuluese e hidrobionteve, si dhe nga kinetika e përthithjes së joneve metalike. nga të gjithë përbërësit e ekosistemit, duke përfshirë kompleksimin me substanca organike të tretura. E gjithë kjo tregon kompleksitetin e proceseve që ndodhin në ujërat sipërfaqësore kur ndotësit metalikë hyjnë në to.

Për sa i përket plumbit, gjysma e sasisë totale të këtij substanca toksike hyn në mjedis si rezultat i djegies së benzinës me plumb. Në sistemet ujore, plumbi shoqërohet kryesisht nga adsorbimi me grimca të pezulluara ose është në formën e komplekseve të tretshme me acide humike. Kur biometilohet, si me merkurin, plumbi përfundimisht formon plumbin tetrametil. Në ujërat sipërfaqësore të pandotura të tokës, përmbajtja e plumbit zakonisht nuk kalon 3 µg/l. Lumenjtë në rajonet industriale kanë nivele më të larta plumbi. Bora mund ta grumbullojë këtë toksik në një masë të konsiderueshme: në afërsi të qyteteve të mëdha përmbajtja e saj mund të arrijë pothuajse 1 milion μg / l, dhe në një distancë prej tyre ~ 1-100 μg / l.

Bimët ujore grumbullojnë mirë plumbin, por në mënyra të ndryshme. Ndonjëherë fitoplanktoni e mban atë me një faktor përqendrimi deri në 105, ashtu si merkuri. Plumbi grumbullohet pak te peshqit, kështu që është relativisht më pak i rrezikshëm për njerëzit në këtë hallkë të zinxhirit trofik. Komponimet e metiluara gjenden relativisht rrallë tek peshqit në kushte normale të ujit. Në rajonet me emetime industriale, akumulimi i tetrametilit të plumbit në indet e peshkut ndodh në mënyrë efikase dhe të shpejtë - ekspozimi akut dhe kronik ndaj plumbit ndodh në një nivel ndotjeje prej 0,1-0,5 μg/l. Në trupin e njeriut, plumbi mund të grumbullohet në skelet, duke zëvendësuar kalciumin.

Një tjetër ndotës i rëndësishëm i trupave ujorë është kadmiumi. Vetitë kimike të këtij metali janë të ngjashme me zinkun. Mund të zëvendësojë këtë të fundit në qendrat aktive të enzimave që përmbajnë metal, duke çuar në një ndërprerje të mprehtë në funksionimin e proceseve enzimatike.

Kadmiumi në përgjithësi është më pak toksik për bimët sesa metilmerkuri dhe është i krahasueshëm në toksicitet me plumbin. Kur përmbajtja e kadmiumit është ~0,2-1 mg/l, fotosinteza dhe rritja e bimëve ngadalësohen. Efekti i mëposhtëm i regjistruar është interesant: toksiciteti i kadmiumit zvogëlohet dukshëm në prani të sasive të caktuara të zinkut, gjë që konfirmon edhe një herë supozimin se jonet e këtyre metaleve mund të konkurrojnë në trup për pjesëmarrje në procesin enzimatik.

Në sistemet ujore, kadmiumi lidhet me substanca organike të tretura, veçanërisht nëse grupet sulfhidrile SH janë të pranishme në strukturën e tyre. Kadmiumi gjithashtu formon komplekse me aminoacide, polisakaride dhe acide humike. Ashtu si në rastin e merkurit dhe metaleve të tjera të rënda, përthithja e joneve të kadmiumit nga sedimentet e poshtme varet fuqishëm nga aciditeti i mjedisit. Në mjediset ujore neutrale, joni i lirë i kadmiumit thithet pothuajse plotësisht nga grimcat e sedimenteve të poshtme.

PYETJE TESTI PËR MODULIN 3

1. Çfarë e përcakton rolin e Oqeanit Botëror si një lidhje kyçe në biosferë?

2. Përshkruani përbërjen e hidrosferës.

3. Si ndërvepron hidrosfera me predha të tjera të Tokës?

4. Cila është rëndësia e tretësirave ujore për organizmat e gjallë?

5. Renditni elementët kimikë më të zakonshëm në hidrosferë.

6. Në çfarë njësi matet kripësia e ujit të detit?

7. Në cilat parime bazohet klasifikimi i ujërave natyrore?

8. Përbërja kimike e ujërave natyrore.

9. Surfaktantët në trupat ujorë.

10. Përbërja izotopike e ujit.

11. Ndikimi i shiut acid në objektet hidrosferike.